Dr. Manfred Gossen (MDC)

Die Rolle des Zufalls bei der Genexpression

Sonntagsvorlesung vom 27.4.03

Fazit von Bertram Köhler

 

Grundbegriffe

Die erste Stufe der durch Enzyme vermittelten Umsetzung der in der DNA gespeicherten Erbinformation in die funktionalen Proteine (Genexpression) ist die Transcription in eine RNA. Die kleinste Einheit der in der DNA codierten Erbinformation ist ein Gen.  Eine Vielzahl von Genen sind in den Chrosomen zusammengefasst. Die Gesamtheit aller Chromsomen eines Lebewesens bildet das Genom.

 

Zufallsprozesse

Mutationen sind zufällige Veränderungen der Erbinformation in den Genen und werden spontan oder durch Umwelteinwirkungen chemischer Art oder Strahlung ausgelöst. Solche Veränderungen werden durch Vererbung weitergegeben.

Eine andere Art von zufälligen Ereignissen -- sogenannte epigenetische Ereignisse -- führen nicht zur Veränderung von Genen und sind daher nicht vererbbar, sondern bewirken lediglich durch Anlagerung von bestimmten Molekülen, dass ein Gen bei der Transcription zur RNA nicht berücksichtigt, also gewissermaßen ausgeschaltet wird, obwohl die ursprüngliche Erbinformation in der DNA erhalten bleibt. Dieser Vorgang bewirkt, dass auch genetisch völlig identische Individuen sich zu unterschiedlichen Phänotypen entwickeln können und in der nächsten Generation die ursprünglichen Merkmale wieder erscheinen können.

Durch einen ähnlichen Zufallsprozess wird bei der sexuellen Fortpflanzung bewirkt, dass von den mütterlichen und väterlichen Chromosomen gleicher Art jeweils eines deaktiviert wird. Die Deaktivierung eines dieser Chromosomen verhindert dann aber die Deaktivierung des jeweils anderen Chromosoms. Dieser Prozess ist dafür verantwortlich, dass das Kind ein bestimmtes Merkmal zufällig vom Vater oder von der Mutter erbt, obwohl in der nächsten Generation das deaktivierte Merkmal wieder auftauchen kann.

Bei der Ausschaltung bestimmter Gene können benachbarte Zellen miteinander wechselwirken, d.h. wenn eine Zelle ein bestimmtes Gen ausgeschaltet hat, dann schalten die Nachbarzellen dieses Gen mit einer von dieser Zelle beeinflussbaren Wahrscheinlichkeit ein oder aus.

Wenn in einem Lebewesen durch das wechselseitige Ein- und Ausschalten bestimmter Gene der Phänotyp verändert wird, so bezeichnet man die betreffenden Gene als Allele.

Krebs wird nicht nur durch eine Mutation der Gene hervorgerufen, sondern kann auch epigenetische Ursachen haben. Die Änderung der Konzentration einer bestimmten Substanz in der Zelle kann dann die zeitweilige Ein- oder Ausschaltung eines Gens bewirken, wodurch Krebswachstum ausgelöst wird.